AEM 电解水技术已经得到验证了吗？

AEM 水电解早已不再局限于实验室里的单电池演示。

多电池电堆正在制造，完整系统已经投入运行，商业化产品也已上市。AEM 尚欠缺的，是碱性水电解和质子交换膜（PEM）水电解在长得多的时间里积累下来的运行历史。

这一区别很重要。

问题已不再只是 AEM 单电池能否产氢，而是在真实项目所要求的工况下，电堆和系统层面究竟有多少证据。

已经验证了什么

单电池性能只回答了问题的一部分。

一个单电池可以在可接受的电压下达到可用的电流密度，但大部分工程问题仍未解决。当同样的电化学过程在多电池电堆中重复时，压紧力、电解液分配、电接触以及大量重复的界面都必须保持一致。

电堆之外的系统又引入了另一组变量。气体纯度、气体互窜、运行压力、温度和流量必须同时保持在运行限值之内。

AEM 已经进入这一阶段。

商业化电堆和系统已经存在，长时间的多电池测试也已有报道。证据已不再局限于阴离子交换膜能否在小型实验室电池中工作。

但这并不意味着 AEM 已等同于那些背后有数十年现场运行经验的技术。

来源Enapter: fleet figures published on the company site (stacks delivered, clients, countries)

仍需时间积累的部分

AEM 的不足在于现场运行历史较短。

碱性和 PEM 电解槽已在众多站点长期安装、运行和维护。这类证据无法靠一次实验室测试复现，无论这次测试运行多久。

现场运行历史包括：运行数年后哪些部件会失效，性能在众多设备而非单台设备上如何变化，哪些部件更换最频繁，以及设备在由非设计者反复维护之后表现如何。

服务流程会在意外故障之后修订，备件清单会在足够多的设备运行之后调整。有些失效模式只有在装机量足够大时才会显现。

AEM 这方面的证据较少，因为其商业化设备投入运行的时间较短，装机数量也较少。

这并不等于说该技术不可行，而是说它的某些长期行为还没有得到充分表征。

在已经验证过的工况范围内运行，可以降低部分不确定性；超出这一范围，就会出现现有记录可能无法回答的问题。

碱性电解槽最为稳健，已验证的寿命超过 30 年。

来源IRENA, Green Hydrogen Cost Reduction (2020): proven lifetimes of alkaline and PEM electrolysers

如何解读耐久性结果

这正是公开耐久性数据发挥作用的地方。

仅凭运行小时数，不足以比较两项测试。

5,000 小时的单电池测试与 2,000 小时的多电池电堆测试，证明的未必是同一件事。电流、温度、电解液浓度、压力和电堆规模都会影响测试所代表的内容。

计算方法同样重要。

膜电极（MEA）在初始运行阶段可能发生变化。仅用这一阶段之后的数据拟合得到的衰减率，与用全程数据拟合的结果会有所不同。两个数字都可能成立，但在不清楚计算方法的情况下不应直接比较。

运行工况也是如此。在某一电流、温度或压力下测得的衰减率，不能想当然地原样套用到另一工况。

而且，仅看电堆电压并不能反映全部情况。

稳定的平均值可能掩盖个别单电池的异常变化，即其表现已开始偏离其他单电池。即使整体电压曲线相对平稳，气体纯度和气体互窜也可能正在变化。

因此，只有当测试条件、电堆构型、拟合区间以及其他测量变量与原始数据集一并公开时，耐久性数字才最有参考价值。

寿命终点定义为：在相同电流密度下测量，电压相比寿命初期运行（经过任何磨合/活化期之后）损失 10%。

来源U.S. DOE Technical Targets for PEM Electrolysis: how end of life and degradation are defined

我们自己的数据处于什么位置

我们公开的长时间测试是在 HXS-2 上进行的，这是一台 23 节单电池、2 kW 级的 AEM 电解槽电堆。

HXS-2 电堆累计运行已超过 3,000 小时。长期运行数据、测试条件以及衰减率的拟合方法，均已在耐久性说明中一并公开。

另一台 HXS-2 电堆已在 10 barg 压差下运行超过 1,000 小时。

运行期间，我们监测的是各单电池电压和气体成分，而不只是电堆总电压。

这些长期数据所表明的内容范围窄而具体：一台 23 节电堆在其标明的测试条件下运行，在测量期间未观察到电压衰减明显加速。

它不能表明的内容同样重要。

测试在恒流下进行，因此无法确立电堆在快速波动的可再生能源功率曲线或反复启停循环下的长期行为。

测试在常压、固定温度下进行，因此无法确立更高温度或更高压力下的长期耐久性。

而且这只是一台电堆、一个测试周期，而不是一批在现场运行多年的系统。

我们更大的电堆平台处于更早的验证阶段，短堆测试和完整电堆测试仍在分别进行。

公开这些边界并不是为了削弱结果，而是为了准确说明这项测试能够支撑什么。

那么，AEM 已经得到验证了吗？

并不存在某个时间点，能让一种电解槽技术从此对所有应用都“已获验证”。

AEM 已经越过了“能否在实验室电池中展现有效电化学性能”这一问题。如今，多电池电堆和完整系统也提供了证据。

仍然较短的是现场记录。

与碱性和 PEM 水电解相比，在大规模装机基础上积累了多年运行的 AEM 系统还较少。这使得某些长期失效模式和运行工况尚未得到充分表征。

因此，对今天的项目来说，有用的问题要比“AEM 是否已获验证”更具体。

那就是：在项目所需的规模、运行工况和运行模式下，已经验证了什么，现有证据又止于何处。